邱健蓄电池Trojan电瓶性能简介

电池功用 篇1

-40℃的低温放电对运用有机电解液的锂离子电池来说比较苛刻, 影响锂离子电池-40℃低温功用的要素许多, 如正负极颗粒度、极片厚度、隔阂厚度、电解液、导电剂等。关于正负极颗粒度、极片厚度、隔阂厚度大家研讨较多, 根本摸索到了较老练的工艺。但关于电解液和导电剂这两个首要要素研讨相对较少。在低温下电解液电导率急剧下降, 别的锂离子在低温下在石墨负极中分散速度也变慢, 这两者均会导致电池的极化急剧增大, 然后严峻影响电池低温功用。

 

本文作者以INPP78/34/95为载体进行研讨, 在保证正负极颗粒度、极片厚度、隔阂厚度的前提下企图经过优化电解液和导电剂的种类及用量来改进锂离子电池的-40℃低温放电容量。

 

1 实验

 

1.1 实验电池的制备

 

正极为Li NixCo1-2xMnxO2 (美国产, 99.9%) , 负极为人造石墨 (珠海产, 99.9%) , 隔阂为Celgard2500 (美国产) , 外包装为铝塑包装膜, 制作成标称容量为2750 m Ah的INPP78/34/95型号电池, 在手套箱内别离注入电解液A (张家港产) 、电解液B (姑苏产) 、电解液C (深圳产) , 各出产50只, 别离标记为A、B、C电池, 经测验终究确定选用电解液B (姑苏产) 。然后再别离在负极中添加1%的SP和1%的CNTs, 各出产50只, 研讨电解液、导电剂对电池低温放电功用的影响。

 

1.2 功用测验

 

选用LX-PCBT-110锂离子电池测验系统 (武汉产) 和MTC-63CS11C恒温恒湿箱 (东莞产) 进行功用测验。

 

电池在室温 (23±2) ℃下以0.20 C恒流充电至4.2 V转恒压充电至0.05 C, 然后在 (23±2) ℃下以0.20 C放电到2.5 V, 记载放电容量。

 

电池在室温 (23±2) ℃下以0.20 C恒流充电至4.2 V转恒压充电至0.05 C, 然后在-40℃的低温箱中放置16 h, 接着在-40℃下以0.20 C放电到2.5 V, 记载放电渠道和放电容量并跟常温容量做比较。

 

电池在室温 (23±2) ℃下以0.20 C恒流充电至4.2 V转恒压充电至0.05 C, 然后在55℃的低温箱中放置8 h, 接着在55℃下以0.20 C放电到2.5 V, 记载放电容量并跟常温容量做比较。

 

电池在室温 (23±2) ℃下以0.20 C恒流充电至4.2 V转恒压充电至0.05 C, 然后在室温下, 用一个直径为φ3 mm的钢钉 (垂直于宽度的方向) 穿过电池中心, 并将钉子停留在电池中30 s, 记载电池温度。

 

2 成果与评论

 

2.1 电解液对INPP78/34/95电池低温功用、高温功用、安全功用的影响

 

从表1可知, 归纳考虑电池的低温功用、高温功用和安全功用, 电解液B (姑苏产) 归纳功用最佳。

 

2.2 导电剂对INPP78/34/95电池低温功用的影响

 

别离取3只以CNTs为导电剂的电池和3只以SP为导电剂的电池, 先在常温下测验容量, 然后再测验-40℃放电渠道和放电容量。

 

在-40℃低温下, 测验的两种电池的放电渠道见图1。从图1可知, 以CNTs为导电剂的电池低温放电渠道比以SP为导电剂的电池低温放电渠道均匀高0.17 V。

 

在-40℃低温下测验的两种电池的放电容量跟常温容量份额见图2。从图2可知, 以CNTs为导电剂的电池低温放电容量比以SP为导电剂的电池低温放电容量高7.5%, 且低温功用比较一致。

 

2.3 CNTS导电剂循环功用

 

INPP78/34/95 CNTs导电剂1 C和2 C循环状况见图3。从图3可看出, CNTs导电剂电池在常温下不管是1.0 C还是2.0 C循环功用均杰出, 第300次循环的容量坚持率均在95%之上。

 

从图2和图3可看出, 在-40℃低温下, 锂离子电池的放电渠道和放电容量均有所下降。这是因为在-40℃低温下, 电池的离子电导率和电子电导率均有所下降, 甚至会使得部分溶剂凝固, 这会导致锂离子的搬迁数削减, 一起搬迁速度也会减慢, 导致电池的电化学极化、欧姆极化和浓差极化内阻增大, 因而锂离子电池在-40℃低温下过早地到达放电停止电压而完毕放电, 然后导致电池的放电渠道和放电容量均下降。

 

CNTs导电剂具有中空纤维结构, 此独特的结构很易在电极中树立很好的导电网络, 这个导电网络把正负极活性物质牢牢地网住, 使得正负极活性物质跟CNTs导电剂紧密相连, 为电子在电极中的运送供给了一个快速通道, 进步了电极的导电才干才干。而SP为小颗粒状, 易堕入由活性物质颗粒构成的空地中, 起不到导电剂或只要部分起到导电剂的效果。而且, 在构建相同长度的导电网络的状况下, SP导电剂之间的触摸点远多于CNTs导电剂之间的触摸点, 导致电阻较大。

 

别的, 导电剂不只具有导电效果还有吸液保液效果, CNTs导电剂这个中空结构可作为电解液的库房, 这方便了锂离子在电极中的运送, 然后使得锂离子在正负极间更简略嵌入和脱嵌, 减小了电池极化, 进步了电池尤其是低温下的放电渠道和放电容量。

 

3 定论

 

在正、负极颗粒度、极片厚度、隔阂厚度到达要求的前提下, 电解液和导电剂的种类是影响电池-40℃放电功用的要害要素。在相同用量前提下, 导电剂资料种类对低温下活性物质的运用率和电极容量发挥有较大影响。

 

用姑苏产电解液, CNTs导电剂做成标称容量为2750 m Ah的INPP78/34/95锂离子电池, 在-40℃下, 负极中添加了CNTS的电池的放电电压渠道比负极中添加SP的电池的放电电压渠道进步0.17 V, 低温放电容量进步了7.5%。

 

用姑苏产电解液, CNTs导电剂做成标称容量为2750 m Ah的INPP78/34/95锂离子电池, 1 C和2 C倍率循环350次, 容量坚持率在95%以上, 循环功用优秀。

 

参阅文献

 

[1]ZHANG Wan-hong (张万红) , FANG Liang (方亮) , YUE Min (岳敏) , YU Zuo-long (于作龙) .碳纳米管用于锂离子电池负极资料[J].Battery Bimonthly (电池) , 2006, 36 (1) :50-51.

 

[2]WANG Hong-wei (王洪伟) , DU Chun-yu杜春雨) , WANG Chang-bo (王常波) .锂离子电池的低温功用研讨[J].Battery Bimonthly (电池) , 2009, 39 (4) :208-2010.

 

电池功用 篇2

电池组是电动轿车上最贵重的组件，如泰斯拉跑车（Tesla Roadster）和日产Leaf（Nissan Leaf）都是这样。这一本钱不是使电动轿车太贵重，大大都人买不起，便是促使轿车制作商选用小型电池组，约束了轿车的行程。

 

为了下降电池本钱，进步其功用，五河公司创办者，我国科学院化学教授于郭郭（Yu-Guo Guo），开发了新的，低本钱的办法，进步锂铁磷酸盐（lithium-iron phosphate）的功用，这是一种抢先的锂离子电池电极资料，他也开发了其他有前途的电极资料。

 

通常状况下，锂铁磷酸盐的电导率过低，不能运用。这一电导率能够进步，只需把它研磨成极端精细的纳米粉末，就像一些公司如A123系统公司（A123 Systems）所做的。因为这种粒子很小，电子或锂离子这两者都必需发生电流，因而就能够很快地进出它们。可是，这种粉末很难运用，会进步制作本钱。

 

于郭郭的解决计划是集成磷酸铁（iron-phosphate）纳米粒子，它们更简略密集堆积，不太或许变成在空气中传播，可是会保留高导电性。他没有供给精确的细节，但他说，这项技能是根据他早期宣布的一些著作。这项作业的一个例子中，他把纳米颗粒嵌在多孔碳（porous carbo）制成的较大颗粒中。碳导电性好，而微孔容纳电解质资料，传导锂离子很好。

 

于郭郭说，这些资料的制备只贵了10％到20％，这是对比大块锂磷酸铁而言。可是，它们能够传导的电力约两倍于这种块状资料，也使锂磷酸铁能够获得两倍多的能量，大约使能量存储容量进步一倍。他说，按每瓦时核算，这种资料的本钱等同于其他锂磷酸铁电极资料。可是，因为这种资料较简略运用，它也可削减本钱，把这种资料装进电池单元。五河公司是于郭郭去年年底树立的，公司现已能够每年出产300吨电极资料，足以制成约3000万个规范锂离子电池单元。公司也制作电池单元，第一批运用是电动自行车。现在，公司能够出产足够的电池，大约每年供给500辆电动轿车。

 

Jeff Dahn是Dalhousie University的物理和化学教授，他说，根据公司的业绩数字，磷酸铁电池将是“十分有用的”，而且功用更好，胜过现在电动雪佛兰伏特（Chevrolet Volt）运用的电池。他预测，五河公司会找到市场。

 

铅酸电池不等于落后技能

 

铅酸电池，是电极首要由铅及其氧化物制成，电解液为硫酸溶液的一种蓄电池。法国人普兰特于1859年发明的铅酸电池，现已历了近150年的展开进程，被广泛运用于交通、通讯、电力、军事、航海等多个领域。

 

现在，在大力展开电动轿车的布景下，铅酸电池运用于新能源轿车上，遭到了一些质疑。奇能电池（江苏）有限公司总经理费扬告诉记者，铅酸电池存在许多弊端。“铅酸电池含有铅和酸性物质，简略构成污染。别的，铅酸电池的运用寿数也达不到轿车的要求，一般运用1年左右就要更换。关于新能源轿车所要求的能量密度，铅酸电池也恐难以到达。”

 

不过，也有人仍然看好铅酸电池。“在现在镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等相继上市的状况下，铅酸电池仍能在市场上占有一席之地。这绝非偶然。”我国电池工业协会副理事长、天能电池集团董事长张天任以为，“铅酸电池是相对老练的动力电池，但绝不等于落后技能。铅酸电池有许多长处，技能老练、本钱低、安全性好、可收回再运用、有记忆效应，缺陷是体积大、比容量低，循环寿数不行长。”

 

近年来，铅酸电池在竞赛中展开了许多新技能，如三维及双三维结构电极和全密封式、管式、水平式等新结构；运用新的铅合金电极，可促进比能量逐步进步，循环寿数可长达4500次。“现在铅酸电池的运用率不到50%，还有很大的提升空间。经过不断的技能革新，铅酸电池将勃发出新的生机。”张天任说。

 

至于铅酸电池的污染问题，有专家指出，世界先进的工艺技能可对铅酸电池的污染进行有用操控。国内先进铅酸电池企业的环保排放达标率已由十年前的5%进步至99.5%，而且可完成循环运用。

 

■铅酸电池升级版已面世

 

除铅酸电池自身的功用改进外，铅酸电池的运用结构也在发生着改动。哈尔滨工业大学运用化学系主任胡信国提出了“超级电池”的概念。据他介绍，超级电池是把铅酸电池和超级电容器混合在一起，一起具备铅酸电池和超级电容器的功用。超级电池把铅酸电池负极板的一半做成超级电容器的„碳电极‟，另一半做成铅酸电池的„铅负极‟，在电池内部将两者并联起来。轿车启动时所需的大功率用电由碳电极供给，匀速行进时所需能量由铅酸电池的铅负极供给。车辆需求大电流时，超级电容器起首要效果。两者功用完成互补，比一般铅酸电池更具优越性。

 

据介绍，这种超级电池的体积比超级电容器小，价格比一般铅酸电池稍高一点，但比镍氢电池和锂电池都廉价。“价格只要镍氢电池的1/4。它是由制作技能老练的铅酸电池升级换代而来，因而在本钱上不需求更多投入，一起安全性也有保证。超级电容器可保证很大的功率，能满意强混合动力车的要求。”胡信国说。

 

■铅酸电池未来仍有市场

 

不管何种技能，先进也罢，落后也罢，终究决定其能否生存的都是市场。在张天任看来，现在乃至于未来10~20年内，铅酸电池还会在动力电池系统中占有重要方位。“假如超级电池取得成功，铅酸电池加上超级电容器或其他系统装备，能够根本到达新能源轿车的运用要求，实实在在做出来的产品，肯定较量验室里的东西更有说服力。”

 

我国轿车工程学会副秘书长张进华以为，尽管新能源轿车展开热潮并没对进步铅酸电池功用有过多预期，但我国轿车市场很大，铅酸电池还有发挥效果的空间，所以不能简略淘汰，应该答应在一些车型上运用。

 

同济大学研讨生院副院长、轿车学院车用动力学职责教授李理光以为，现在高功用铅酸电池技能老练，现已完成产业化，一些混合动力车型的启停系统都选用了高功用铅酸电池，值得推广。

 

电池功用 篇3

摘要：传统的绝缘电阻监测办法不具备实时检测的功用，特定条件下无法监测，且抗搅扰才干差。具有一定的局限性。本文在剖析传统绝缘电阻监测办法的基础上，提出一种注入低频沟通信号的有源式绝缘电阻监测办法，根本完成了绝缘电阻的毛病实时监测.该检测办法分为两个阶段：毛病检测、绝缘电阻核算。其间，毛病检测：经过丈量“丈量电阻”两头电压，核算出正、负绝缘电阻的并联电阻值，并由此判别绝缘电阻毛病状况；检测出绝缘电阻毛病后，进行绝缘电阻的精确丈量：断开负载、沟通信号源，别离与正负极绝缘电阻并联接入两个电阻并丈量其两头电压，核算出正负极绝缘电阻值。仿真成果标明，毛病误报率小于2.15%，根本完成了绝缘电阻的毛病实时监测。这项技能能够有用保证微电网蓄电池储能电站的绝缘功用，一旦事故发生，能够及时的发现毛病，扫除危险，持续安全、安稳的运转。因而对高压电池组在实践出产中有较大的运用价值和含义。

 

要害词：绝缘电阻；绝缘检测；电池办理系统

 

中图分类号：TP29 文献标识码：A

 

1导言

 

为使微电网储能电站的动力电池到达高功率输出的要求，常常需求将多个电池经过“串并联”的办法构成高压电池组。电池组的直流电压普遍高于300V，因而电池的绝缘功用至关重要。因为直流高压电池组的工况杂乱，运用环境恶劣。其绝缘电阻简略遭到温度（冷热替换）、湿度（湿润）、振荡、撞击、电池腐蚀性液体等影响，构成高压动力电池组的正负母线对地的绝缘功用下降，影响储能系统的安全运转。如电池组的绝缘电阻下降到某个阈值，则不只会影响电站的正常运转，严峻时还会构成安全灾祸。因而，绝缘电阻检测是高电压动力电池组的电池办理系统（BMS）安全监测的重要任务。

 

传统的直流系统的绝缘电阻检测办法有：外接电阻切换法、直流漏电电流检测法、平衡电桥法等。外接电阻切换法经过并联接入电阻来核算出绝缘端正负极的绝缘电阻。这种办法的缺少在于并联接入的电阻会下降设备的绝缘功用。直流漏电电流检测法，其检测电路的结构与外接电阻切换法相似，只是在两个与正负极绝缘电阻并联的电阻中间添加了一个电流传感器，丈量该直流漏电电流值。在实践运用中，因为外部搅扰，判别当电流传感器丈量电流大于某个阈值时，以为绝缘电阻毛病。在检测绝缘电阻状况时会下降其绝缘电阻功用，一起在正负极绝缘电阻一起下降时存在漏报状况。平衡电桥法是在电池组接入正、负极对地，别离并联接入电阻，经过丈量其两头电压是否持平，来判定绝缘电阻是否正常。平衡电桥法因为一起并联接入电阻，也会下降设备的绝缘功用；在正负极绝缘电阻一起下降相同值时，检测不到绝缘电阻毛病。值得指出的是，以上常用的三种直流系统的绝缘电阻检测办法均不具有绝缘电阻的实时监测功用。一旦发生毛病，电池组的绝缘功用将会下降。假如无法及时发现并扫除危险，将会构成生命财产丢失，甚至引发严峻灾祸。

 

本文经过注入低频沟通信号的办法，提出一种有源式直流系统绝缘电阻检测办法，能够完成对电池组的实时监测，适用于直流高电压储能电池。该办法的绝缘电阻检测分为两个检测等级：毛病检测、绝缘电阻核算。前阶段为在线进程，后阶段为离线进程。这种办法能够很好地解决在线检测问题，且对其负载回路没有任何影响。

 

2总体思路

 

本文提出了一种有源式直流系统绝缘电阻检测办法。高压动力电池组绝缘功用监测的等效电路如图1所示，其间虚线框内为实践的运转电路部分，U为高电压的储能电站电池组的电压源，RL为等效负载，Rp、Rn别离为直流电压源的正极、负极对地的绝缘电阻（下文称之为正、负极绝缘电阻）。Rp、Rn常因环境而发生改动，影响电路的安全运转。为了完成对正、负极绝缘电阻的实时监测，咱们提出了一种如图中虚框以外部分的辅助有源丈量电路，其间Us为低频率的沟通信号源，R为“丈量电阻”，C为隔离电容（大功率电容）。

 

监测时，打开K1、K2，在电路中注入低频沟通信号源Us。经过丈量“丈量电阻R”两头的电压，则可核算出正、负绝缘电阻的并联电阻值，并由该值来判别系统的正、负极绝缘电阻的毛病状况；如呈现异常，断开负载、沟通信号源，即系统处于离线状况，接通K1、K2，别离丈量“接入电阻R1、R2”两头电压值，可核算出正、负极绝缘电阻Rp、Rn值的巨细，为系统的毛病诊断供给可靠根据。

 

这种有源式直流系统绝缘电阻检测办法针对杂乱环境下的直流系统绝缘电阻毛病可实时监测，且对整个负载没有影响；绝缘电阻毛病后，离线丈量，并核算绝缘电阻Rp、Rn值的巨细，以对整个系统的毛病诊断供给根据。在线检测和离线检测相结合，添加了监测的可靠性。

 

本文中绝缘电阻检测办法分为毛病检测和绝缘电阻核算两个阶段。整个检测模块的流程框图如图2所示。

 

3绝缘电阻毛病在线检测

 

绝缘电阻毛病的在线检测办法：在线路中接入沟通信号Us，丈量电阻R两头的电压，则可核算出正、负极绝缘电阻的并联电阻值Rpn，并由该值来判别系统的正、负极绝缘电阻是否呈现毛病。

 

断开K1、K2，注入信号Us，由图1可核算出电阻R两头的电压为：

 

其间，Us为沟通信号源的电压，为沟通信号源的频率，且满意，Rpn为Rp、Rn的并联电阻：且Rp、Rn均为被监测的未知量，一起，由式（1）可得：

 

由核算出的Rp、Rn的并联电阻Ppn与设定的阈值Rth比较即可判别绝缘电阻是否存在毛病。

 

在正常状况下，绝缘电阻值Rp=Rn，由式（2）可知，Rpn小于绝缘阻值Rp、Rn：

 

因而，判别Rpn是否小于阈值Rth，若是，则绝缘电阻毛病，不然，绝缘电阻正常。

 

阈值Rth是经过相关技能规范（因为暂无储能电站电池组绝缘电阻安全规范，这儿参阅了电动轿车的技能规范）及直流电压源的电压值的巨细而设置。例如：电动轿车电池组直流电压源的电压为U=350V，并参阅国家技能规范：《GB/T 18384.1电动轿车安全要求第1部分：车载储能安全》，该规范要求参数大于500Ω/V。则电动轿车电池包直流电压源的绝缘电阻Rp、Rn均要大于175KΩ。由此可设定阈值Rih=175KΩ。

 

从图1可看出，因为在线检测时，因K1、K2是断开的，故沟通信号源对整个负载回路没有影响，这样能够实时监测绝缘电阻的毛病状况。

 

4绝缘电阻核算

 

在检测到绝缘电阻毛病后，断开负载RL及沟通信号源Us（即系统处于离线状况）。接通K1、K2，将正、负极绝缘电阻Rp、Rn别离与“接入电阻”R1、R2并联，其等效电路图，如图3所示：

 

因为正、负极绝缘电阻Pp、Rn处于悬空状况，很难丈量到其两头电压值，接入电阻R1、R2是为了方便的测出Rp、Rn的电压值。别离丈量电阻R1、R2两头电压Up、Un以及毛病检测数据，则可核算出正、负极绝缘电阻值。由此可得下式：

 

式（5）与式（2）联立组成方程组，可核算得到正、负极绝缘电阻Rp、Rn的巨细为：

 

因而，经过上述在线绝缘毛病检测和离线绝缘电阻丈量两个进程，构成切实可行的绝缘电阻检测计划，以完成绝缘电阻的毛病实时监测。在实时监测绝缘电阻时，对整个负载电路没有任何的影响，而且检测到毛病后，系统进行离线丈量，使数据真实有用，为整个系统毛病诊断供给根据。

 

5仿真验证及差错剖析

 

为了验证有源式直流系统绝缘电阻检测办法的有用性，有必要对计划进行仿真模仿。因为这套有源式直流高压电池组绝缘功用检测计划的离线丈量部分检测原理清晰，电路规划简略。故这儿的仿真验证只针对在线毛病检测环节。

 

5.1参数装备

 

根据相关技能规范要求储能电池组的绝缘电阻大于500Ω/V，及动力电池组的总电压U=350V，则相对应的正、负极绝缘电阻均要大于175KΩ，即x>175KΩ（x∈{Rp，Rn}）。由此可设定电阻阈值Rth=175KΩ。

 

考虑到绝缘电阻毛病检测电路丈量精度、丈量周期、稳守时问及阈值巨细等要素，选取仿真装备参数如表1所示。

 

由表1给出的装备参数可知低频沟通信号源的周期为T=0.1s，由此可求得稳守时刻ts≈4（R+Rpn）C。即在正常状况下，Rpn在之间1MΩ～10MΩ，则稳守时刻在几秒到几十秒之间；在存在毛病状况下，稳守时刻则在1秒以下。在式（1）中，因为参数Rpn与1/Cω在同一数量级，因而，该类参数装备不会影响丈量精度。

 

然而，在绝缘电阻检测时注入低频沟通信号源，其电阻R的端电压Um滞后于沟通信号源Us，因而选用其均匀值核算。

 

毛病检测的SIMULINK仿真模型如图4。

 

图4中下部分为毛病检测电路；上半部分为毛病检测的丈量与核算，模块Mean是核算沟通信号源Us、丈量电阻R的端电压Um的有用值；模块Calculation是核算正、负极绝缘电阻的并联电阻值Rpn。其内部的封装如图5所示：

 

Mean模块由两个通道，别离对沟通信号源Us、丈量电阻R的端电压Um进行采样、积分求得各个电压均匀值Mean_Um、Mean_Us。其间，采样模块Sampling和Sampling_sub以及积分模块In-tegration和Integration_sub均由SIMULINK软件S函数编程完成。

 

Calculation模块是完成公式（3）的核算，Mean模块核算得到沟通信号源、丈量电阻的端电压的均匀值，再根据公式（3）核算得到正、负极绝缘的并联电阻值。为了验证对正、负极绝缘的并联电阻值Rpn丈量的准确性，设置6组数据进行实验，并统计其丈量差错。其包含：绝缘电阻正常、不同毛病状况下的数据。正、负极绝缘电阻值的数据设置如表2所示：

 

实验成果阐明：

 

由表2能够看出，前3组实验跟着绝缘电阻的下降（但未低于阈值Rth=175KΩ，仿真成果差错增大。后3组实验是Rp和Rn中至少有一个低于阈值，即绝缘电阻呈现毛病的仿真成果。正、负极绝缘电阻并联的核算丈量差错在4.4%以内。经过剖析，差错首要原因来自求其有用的核算时的积分。因而，经过核算正负极绝缘电阻Rpn的并联值，则可提取绝缘电阻改动状况特征。

 

5.2毛病误报率剖析

 

毛病报警是在线监测的必备环节。当Rp≠Rn或Rp、Rn任何一个值小于设定阈值Rth（本文阈值设为Rth=175 KΩ）时，系统将会报警。考虑到丈量Rpn时存在4.4%以内的差错，因而，有必要剖析毛病报警率。

 

图6是毛病率误报剖析图。曲线Rpn=RpRn/RP+Rn（图中实曲线）的左下方区域（A、B、C、D、E、F区域）为毛病报警区域。因为毛病报警条件及丈量差错，区域E为绝缘电阻毛病误报区域。其区域占毛病报警区域小于2.15%，并绝缘电阻毛病并不是突变的进程，绝缘电阻彻底正常状况下，正、负极绝缘电阻Rp、Rn均大于10Rth，因而，本套绝缘电阻检测办法能够满意实践运用。

 

6结语

 

CuO对锂硫电池的功用影响 篇4

1 实验部分

 

1.1 资料的制备

 

将活性炭和单质硫按1∶1.3(wt,质量,下同)进行配比,在球磨机中研磨均匀,放入真空枯燥箱中,氩气维护约20min。在马沸炉中将混合物加热到155℃并坚持10h,使硫处于熔融状况,再升温到250℃左右,在此温度下坚持3h,得到黑色的C/S复合资料。将硫酸铜按1g∶16mL的份额溶于去离子水中,拌和彻底溶解后,参加少数氨水,调理pH=7.5。再将C/S复合资料与硫酸铜按5∶1进行溶液混合,拌和均匀,然后用去离子水洗刷、过滤,烤箱100℃枯燥10h,将枯燥完成的样品进行250℃高温加热,硫酸铜氧化后得到CuO,制得CuO包覆C/S复合资料。

 

1.2 测验办法及表征

 

选用X射线衍射仪(DX2700,丹东浩元)以及SEM(S-4800,日本日立公司)对试样进行XRD定性剖析以及微观组织描摹剖析,开端XRD的入射初始视点值为2θ=10°,总视点为90°,步进角为0.03。0.2S,λ=0.15406nm,管电压40kV,管电流为30mA;经过精密电池功用测验系统(5V5mA,BTS5-5,深圳新威儿)对电池的循环功用以及初始放电进行研讨。

 

1.3 电池拼装

 

扣式电池在真空手套箱中(氩气维护,水含量和氧含量均低于1×10-6),真空度为-0.1MPa)拼装,拼装顺序如下:正极壳(a)—正极片(b)—电解液(c)—隔阂(d)—锂片(e)—电解液(c)—垫片(f)—弹片(g)—负极壳(h)(有橡胶圈)。平坦叠放后以扣式电池封口机压实,完成封装。

 

2 成果与评论

 

2.1 XRD剖析

 

图1是(a)单质硫、(b)活性炭、(c)C/S复合资料和(d)CuO包覆C/S复合资料的XRD谱图。C/S复合资猜中的单质硫为非晶复合资料,在2γ为23°方位C/S峰值构成“馒头峰”,标明硫和活性炭之间具有彼此效果。在高温加热中,硫是以熔融状况存在,经过此状况,硫大部分进入活性炭,其具备强吸附才干。CuO前后包覆衍射峰根本相同,没有杂衍射峰的相位,CuO包覆样品仍然是纯尖晶石结构,可是因为相对含量较低,或许在表征中表现不显着。

 

 

[(a)单质硫;(b)活性炭;(c)C/S复合资料;(d)CuO包覆C/S复合资料]

 

2.2 SEM剖析

 

图2为CuO包覆C/S前后的SEM图片。由图可知,包覆前后2组样品的微观描摹特征存在差异。CuO包覆前[图2(a)]颗粒之间巨细不一,单质硫显着的彼此会集团聚;CuO包覆后[图2(b)]颗粒之间相对松散含糊,具有显着的包覆现象。这标明,CuO包覆外表改性效果对颗粒之间的团聚起到了消除效果,每个包覆颗粒成为独自的,外层由CuO维护,起到使硫与电解液进一步别离的效果,然后削减了锂硫聚合物发生,不行逆反响将削减。

 

 

[(a)CuO包覆前;(b)CuO包覆后]

 

2.3 放电循环功用曲线

 

图3为包覆CuO前后的20次周期充放电循环功用曲线。从中能够看出,在20次后,未包覆CuO的循环比容量开端敏捷下降,在第20次,容量坚持率为75%。而关于CuO包覆样品,第20次循环的容量坚持率从75%添加至93.04%,包覆的循环功用得到改进。这是因为CuO具有杰出的化学安稳性好,能够按捺外表氧化活性,削减电极与电解液的界面反响,然后进步锂硫电池的循环安稳性而且进步比容量,改进电池资料电化学功用,延伸锂电池寿数,别的C/S复合资猜中存在活性炭多孔结构中升华硫颗粒较小,能够按捺多硫化物在电解液中发生,跟着不行逆反响的削减,锂硫电池在充放电进程中呈现的体积胀大现象也会得到改进,所以复合资料能够表现出较好的电化学功用和循环功用。

 

3 定论

 

选用液相浸渍法制得CuO包覆C/S复合正极资料,能够削减电解质和锂片之间的直触摸摸的时机,部分按捺了多硫化物的发生,削减沉积生成以及胀大现象,大大进步了比容量。循环20次后,容量坚持率维持在93.04%。

 

摘要：选用液相浸渍法制备了氧化铜(CuO)包覆的碳/硫(C/S)复合资料,对包覆资料的功用进行了剖析。经过包覆可下降C/S复合资料与电解液的直触摸摸,削减电解液对正极资料的腐蚀,进步C/S复合资料的循环功用。包覆CuO后的锂硫电池充放电循环20次,容量坚持率从75%进步到93.04%。

 

要害词：C/S复合资料,CuO,包覆

 

参阅文献

 

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[3]姚耀春,戴永年,杨斌,等.F-Cr复合掺杂LiMn2O4的组成及功用研讨[J].电池,2005,35(6):411-413.

 

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新式高功用锂电池充电器的规划计划 篇5

要害词：充电操控与维护 电量计量 1-Wire接口 Li+锂电池组

 

前语

 

Li+锂电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势，所以在GSM/CDMA和数码相机、摄像机及PDA等高端便携式产品中被广泛运用.它们都需求在内树立一个高功用的锂离子电池充电器, 以保证Li+电池在运用中避免过充电、过放电等损害现象的发生，然后,随之带来的是要求锂电池充电器具有严厉与完善的维护电路,才干真实完成各项安全维护特性。

 

为此,运用新式的DS2770和DS2720芯片能够规划一个具有充电操控、电源操控、电量计数、电池维护、计时和对电池组能辨认等功用的高功用锂电池充电器组合计划.见图1所示.然后用它可代替现在市场上的现有的锂电池维护/充电操控电路---充电器。下面就该高功用锂电池充电器组合规划的功用与特色作一阐明.

 

1充电组合电路---充电器的组成

 

电池功用 篇6

铅酸蓄电池因为用途不同,寿数长短也不同,一般都在2 ~ 3 年; 但现实生活中蓄电池往往不能运用到预计寿数就提前作废,其间最常见的原因是电池活性物质的硫酸盐化,而硫酸盐化首要由初充电缺少、常常过量放电、放电电流过大或过小或活性物质及电解液含有杂质等问题引起。能够看出杂质也是引起电池硫酸盐化的一个重要原因,因而国家规范和行业规范GB / T 469 - 2005、JB / T 10052 - 2010、GB4554 - 84 对制备电池用的铅锭和用水、硫酸中所含杂质都进行了规范［1］。

 

当然有些金属进入电池活性物质中是一种杂质会影响电池的功用的,但一起又是电池制备不行缺少的资料,如铜即是铅酸蓄电池板栅的构成元素,进入蓄电池活性物质又会引起电池的自放电,下面就对电池中常见的一些金属对电池的影响进行剖析和总结。

 

1 金属对电池功用的影响

 

1. 1 铁的影响

 

铁是电解液中最常见的杂质之一,铁是较活泼的元素,铁进入电解液中,不管是单质或化合物,总是被硫酸水溶液分解,以硫酸铁或硫酸亚铁存在于电解液中。在电池充电和放电状况下,以三价和二价铁离子来往搬迁于正、负极板之间,与极板活性物质效果。

 

铁会下降H2的分出电位、增大自放电。可变价态的铁杂质进入铅酸蓄电池电解液中以后,在内部构成微电池,并发生腐蚀,导致活性物质损耗,引起自放电。贱价态铁能够在正极被氧化,一起正极活性物质二氧化铅被复原; 被氧化的高价态铁可经过对流、分散到达负极,在负极上进行复原进程,即负极活性物质铅被氧化。复原态的铁离子又可借助于分散、对流到达正极重新被氧化,如此重复循环。因而,即便只要少数可变价态铁杂质存在,也可使正极和负极的自放电接连进行,对铅酸蓄电池功用的影响是丧命的。Fe2 +、Fe3 +在正极、负极构成的微电池化学反响别离为:

 

上述反响中,正、负极的活性物质不断被复原、氧化,生成细密的Pb SO4结晶,导致蓄电池容量下降,直至寿数停止。铁杂质在电解液中含量大于0. 01% 时,极板就会遭到损坏,呈淡红色,变得硬而脆,含量高于0. 5% 时,自放电现象十分严峻,能在一昼夜内,将存电悉数放光［2］。

 

因而,许多厂家往往对铁含量超标的蓄电池直接作作废处理,对质量要求较高或某些特殊用途的蓄电池更是如此,构成极大的糟蹋。也是因为上述原因,在铅酸蓄电池出产中,对铁杂质的含量有着严厉的要求,从原资料、半成品到成品,严控铁杂质的混入。例如,首要原资料一号铅要求铁离子含量≤0. 0005% ( GB469 - 1995 ) ,蓄电池用浓硫酸中铁离子含量≤0. 005% ( HG / T2692 - 1995 ) , 蓄电池用水中铁离子含量≤0. 0004% ( JB / T10053 - 1999) 等。VRLA蓄电池对铁杂质要求更高: AGM隔板中铁离子含量≤80 × 10－ 6( JB/T6301 - 1998) ; 所用浓硫酸为化学纯,铁离子含量( CP级) ≤0. 0001% 等。对出产中运用的设备、工装、模具等,也有防锈、防溶解腐蚀的具体维护措施和要求。

 

程立斌等［3］报导了工业用硫酸和一般用水,因其间含有铁、锰、钾、氮、锌等有害杂质,会构成蓄电池自放电严峻和电极腐蚀而导致极板损坏,然后缩短蓄电池的运用寿数。

 

为了下降铁杂质对蓄电池功用的影响刘群等［2］研讨了怎么去除进入蓄电池由的铁杂质,经过把充足电后的蓄电池极群组先在纯水中浸泡,再进行换酸处理,去掉铁杂质的效果十分显着。在条件答应的状况下,浸泡水量大,或加温( ≤45 ℃ ) ,用活动水浸泡、冲洗等办法的处理效果更好。

 

1. 2 铜的影响

 

铜板栅现在也在被广泛的研讨,山东大学的张国栋等［4］对铜拉网板栅进行了研讨发现导电性好,其电阻仅为铅合金板栅电阻的3 /4 左右,但因为铅合金板栅有较粗的边框,其边框邻近的电阻显着下降。两种板栅的负极板在1 h率下放电,铜拉网板栅和铅合金板栅负极板的单位质量活性物质放电电流别离为9 618 m A/g和6 212 m A/g,铜拉网板栅负极板的活性物质运用率比铅合金板栅负极板进步了1318% 。别的,运用铜拉网为负极板栅,其负极板的压降更小,电流分布也更均匀,是进步大电池质量比能量及其电功用的有用途径。

 

盐见等［5］选用铜板栅的铅蓄电池进行了研讨,发现对选用镀铅的铜板栅制成的电池,就其电解液比重、温度影响及重复过放电,过充电时镀铅层的耐久性和电池功用进行了评论。放电容量和自放电功用,无论哪种实验都反响出与选用铅合金板栅的电池比较没有差别。

 

铜进入蓄电池的活性物质渠道,是电池在充放电进程中,联接铜排被酸腐蚀渗入电池; 极柱中铜芯子呈现焊露点被酸溶解。淄博蓄电池厂的单亦林等［6］在实践出产进程中发现部分电压在大容量固定电池的初充电进程中,有时会发现一组电池中有那么一只或几只电池在充电后期的端电压与电池组中单只最高电压相差100 ~ 200 m V左右,但进行容量查看放电时,它们并不是容量缺少的电池,而且往往都是充电后期端电压较高的电池首要到达停止电压。它们的容量并不低,极群吊出查看也没有发现异常,但却损坏了整组电池电压的均衡性。经检测发现这些电池的电解液中铜杂质的含量虽然不超规范,但却显着的高于电压正常电池的含量。经实验验证电解液中铜杂质的含量电解液中铜杂质含量的升高能够导致电池负极镉压偏正,引起电池端电压下降,影响到电池组电压的均衡性。

 

1. 3 锌的影响

 

现在锌常常被作为板栅的添加金属,当锌杂质的质量分数小于0. 1% 时,锌添加了合金的抗拉强度,活动性及硬度,削减了板栅的脆性,扩展了铸造温度规模; 当锌杂质的质量分数大于0. 1% 时,会使合金在模具中活动的更缓慢［7］。

 

锌进入蓄电池的渠道,是电池在充放电进程中,联接锌排被酸腐蚀渗入电池; 极柱中锌芯子呈现焊露点被酸溶解。锌离子在酸中,搬迁到负极放电分出呈现一层负锌褐色。锌的电位序在氢的后边,不能直接和硫酸效果置换出氢,溶解比较缓慢,锌在负极上分出覆盖了负极活性物质,铅负极成锌负极。它影响充电功率,浮充电压变低。电解液中锌杂质含量的升高能够导致电池负极镉压偏正,引起电池端电压下降,影响到电池组电压的均衡性,锌杂质对蓄电池有害,应该加以除去和严厉约束。传统以为［8］锌含量大于0. 003% ( 质量分数) 会使极板化成时严峻腐蚀,活性物质与板栅结合变差,以致会构成大量废品。

 

而跟着不少人对铅酸蓄电池的研讨,不少报导以为锌杂质对蓄电池有益。锌或许是在浮充时安稳极板电势和下降其他杂质的影响,然后进步充电功率、增大容量、延伸电池寿数［9］。

 

武富贵等［8］经过研讨评论锌含量对铅锌合金电化学行为的影响,可得,随锌含量添加,Pb O2膜的生成量增大,加锌有利于Pb O2膜的生成; 然而一起,加锌按捺了Pb[II]氧化膜的生成使其Pb[II]氧化膜腐蚀层的电导添加,阻抗减小。添加一定量的锌或许会避免板栅外表钝化膜过于细密,加强板栅与活性物质的衔接,阻挠活性物质掉落对电池深充放电功用有好的影响。

 

武富贵等［10］经过线性电位扫描和沟通阻抗法丈量可得,跟着锌含量的添加,析氧反响的电流添加,析氧反响的电阻减小,稍稍加剧了氧气的分出,一起能够看出,锌的存在不改动析氧反响的操控进程,且锌对析氧影响并不很大。

 

1. 4 锑的影响

 

锑一般是正极板栅的添加物,这是因为铅锑合金具有许多长处,其硬度和强度优于纯铅,使板栅、极板在制作进程中不易变形。比纯铅的熔点低,并具有很好的活动性及较小的胀大系数,这就保证了用浇铸办法制作板栅时较少呈现缩孔、气孔,并坚持杰出的尺度精度( 能够说具有杰出的铸造功用) 。含锑的正极板栅其腐蚀的氧化物膜与活性物质有着很好的粘附,即供给了与活性物质杰出的电触摸。一起锑是Pb O2成核的催化剂,阻挠活性物质晶体的长大,使活性物质不易掉落,然后进步了电池的容量和寿数［11］。

 

Burbank［12］提出如正极板栅存在锑时,正极活物质的二氧化铅结晶颗粒细小,比外表积大,在充放电循环中坚持棱晶状状况。可是,当正板栅不含锑时,二氧化铅结晶颗粒急剧粗大化,结晶的结合也变弱了,Mao等［13］又提出了因为无锑合金十分细密,在正极板重复充放电循环中,其应力会逐步积蓄在腐蚀膜内,终究在原生层上发生裂纹,从板栅金属上掉落。即因为腐蚀膜的原生层的掉落,使得板栅和活物质间的界面阻抗增高,导致容量下降。

 

因为酸的腐蚀使得极板上的锑进入电池活性物质。安川祥二等［14］研讨得出,将锑按不同份额掺入铅粉中,一切电池的低率放电容量及大电流放电容量差异不大,含于正极铅粉中的锑简直不影响电池初期功用。铅粉中含锑量为1% 的电池到175次循环时,仍坚持初期容量的50% 以上的容量,显示出的寿数功用,超过不含锑电池的2 倍多。

 

还有人以为［15］H+离子在锑上放电比在铅上放电的过电位低,因而使蓄电池在充电和贮存时析气量多,耗水量多,自放电加速,搁置寿数缩短: 尤其是锑促进了正极板栅的腐蚀,这常常是引起现代铅蓄电池损坏的重要原因。

 

1. 5 其他杂质

 

锰在电解液中呈微红色,并有黑色二氧化锰分出挂在容器上。锰和硫酸起反响放出新生态氧,有很强的氧化性,将会对铅蓄电池的正负极板构成严峻的损坏,而构成正负极板的短路,构成严峻的自放电,使蓄电池作废。

 

砷、铋简略被氧化成氧化铋,它和硫酸生成硫酸铋,溶解在溶液中,充电时被复原成铋,以褐色粉末在负极上分出,并使负极板发生适当数量的硫酸铋,呈现部分放电。

 

2 定论

 

首要对铁、铜、锌和锑四种杂质进行了剖析总结,能够得出铁对电池损害最大,而铜、锌和锑都可作为铅酸蓄电池的板栅资料,但当这三种杂质进入电池的活性物质时也会对电池构成不同的损害,因而需求对电池用水、硫酸和铅进行规范化。

 

摘要：杂质是引起铅酸蓄电池作废的一个重要原因。因而本论文首要针对杂质中的铁、铜、锌和锑四种金属展开研讨评论对电池的影响。其间铁对电池的损害最大,而铜、锌和锑都可作为铅酸蓄电池的板栅资料,但当这三种杂质进入电池的活性物质时也会对电池构成不同的损害。因而在制作和收回电池时要进行严厉操控。

 

电池功用 篇7

一、国内外电池规范组织及检测规范

 

当前,全球各国纷繁展开了电池规范研讨作业,树立了世界规范化组织和世界电工委员会等组织,首要是对电池的首要功用要求、检测办法进行深入研讨。需求依照世界电工委员会的电池安全功用检测规范的要求,结合各自的需求,拟定出电池运送安全规范,取得了杰出的运用效果。别的,例如,美国和日本等国家,经过电气及电子工程学会和国家规范局拟定出了电池的安全规范,取得了广泛的影响和运用效果,可是各个国家的测验条件呈现出较大的不同。《联合国危险物品运送实验和规范手册》在世界规模内,具有广泛运用和较大影响,在实践的运用进程中,首要是对电池在运送进程中的外部环境及机械振荡状况进行模仿实验的进程,能够保证电池包装的不掉落、无质量丢失、不变性和不爆破状况的呈现,有利于避免电池在运用进程中呈现着火或爆破状况的发生。

 

二、现有规范存在的缺少

 

电池存在不安全行为首要是由过充进程构成的,当发生过充时,会发生不行逆化学反响,是将电能转化为热能的进程,构成电池外表的温度持续上升,引发一系列化学反响,构成电池起火或者爆破状况的呈现。经过对电池现行规范进行研讨剖析可知,大多是针对锂离子外部环境和规划制作进程而拟定出来的检测规范,电池的安全功用检测办法和评判办法存在较多的缺少,缺少起火、爆破、冒烟合泄露等显着的可量化衡量检测规范和评判系统。今年来,国内外晕哟on个科学、高校的研讨手段,对电池的热效应和电池温度进行研讨,树立热效应理论模型,对电池的热行为进行详细描述。在理论方面,人们运用理论模仿的办法展现出了电池的热安全功用,对热功用进行剖析,结合电池的外表温度来对内部温度进行点评,保证了理论模型的正确性和预判性。为了保证理论模型树立的合理性,需求学者对锂离子电池的热效应进行全方面的认识,对安全功用进行检测和点评,弥补电池安全检测功用中存在的缺少,保证电池安全功用检测规范的合理性。

 

三、电池安全功用检测规范展开剖析

 

3.1 运送进程中的外部环境和机械振荡

 

在对电池的安全功用的外部环境和机械振荡进行检测进程中,需求经过温度实验、外短路、冲击、振荡和高度模仿等测验项目来完成对电池安全功用的检测,需求对电池运送进程中受外部环境和机械振荡状况进行模仿,清晰电池在运送进程中或许呈现的危险,以便针对具体状况拟定出合理的安全功用检测规范计划,削减安全危险的发生。

 

3.2规划和制作进程

 

电池袖套首要是由电芯、主机、电池组合电池充电器共同来组成,为了保证电池运用的安全性,需求对电池的电芯规划、制作工艺、原资料和成品的安全功用进行剖析,并提出可靠性的安全评估保证。

 

3.3电池电功用和安全性

 

电池在运用进程中,常会呈现短路、不正常充电、撞击、冲击、振荡和强制放电实验揉捏等测验项目的诞生,避免在实验进程中呈现不起火、不排气、不焚烧合不漏液等状况的呈现。该类规范首要是针对电池的安全性,所引起的电池安全风险,因为判别根据难以被量化,避免电池呈现起火、爆破、泄露合变形状况的发生,保证能够检测出潜在的电池危险。

 

定论:安全功用成为电池检测的重要规范,也是约束电池运用的要害目标。本文对国内外电池的安全功用进行检测,对电池的现有规范中存在的缺少进行深入剖析,以便清晰电池安全性存在的潜在风险。跟着顾客对电池安全功用要求的逐步进步,电池制作商有必要对电池的安全功用检测手段进行深入研讨,结合电池的运用状况,拟定出合理的检测办法和评判规范,弥补了电池检测规范和检测系统中存在的缺少,保证了电池检测办法和挑选办法的安全性,保证了电池行业的可持续展开。

 

参阅文献

 

[1]刘伶,张乃庆,孙克宁,等.国外电池安全功用检测规范简谈[J].稀有金属资料与工程,2016,39(5).

 

[2]金晖,童艳.电池安全功用检测规范展望[J].我国质量技能监督,2014,9.

 

[3]吕文.国内外电池安全检测[J].质量技能监督研讨,2015,1.

 

电池功用 篇8

要害词：聚苯胺,锂二次电池,电化学功用

 

导电高分子是一类具有广泛运用远景的功用高分子资料,其间聚苯胺原料廉价易得,组成简略,具有较高的电导率,一起还有杰出的环境安稳性,在化学电源和超级电容器方面的运用已成为一个新的研讨热点[1,2,3,4,5]。虽然聚苯胺作为正极资料与现用的正极资料比较具有很高的理论容量密度,但实践容量密度要比现用的正极资料小,且其充放电功率低,自放电严峻和无显着的充放电渠道。但大都实验证明,聚苯胺的掺杂改功能够显着进步某些正极资料的电化学功用。本办法选用恒流充放电、循环伏安、沟通阻抗和红外光谱办法研讨聚苯胺作为锂离子电池正极资料的电化学功用,为聚苯胺对锂离子电池正极资料的掺杂改性供给根据。

 

1 实验部分

 

1.1 聚苯胺的化学氧化组成

 

室温下将一定量的十二烷基苯磺酸钠(DBSA)参加到1mol/L HCl溶液中,拌和,将蒸馏过的苯胺参加到上述溶液中,拌和状况下滴加过硫酸铵(氧化剂),持续反映6h,静置,抽滤,顺次用丙酮、稀盐酸和蒸馏水重复洗刷,60℃真空枯燥,研磨30min保存备用。

 

1.2 正极片的制作

 

按85∶10∶1的份额别离称取导电聚苯胺粉末、导电剂乙炔黑和粘结剂PTFE。将导电聚苯胺、乙炔黑放入研钵中充沛研磨使其均匀混合。然后倒入烧杯中,参加一定量的乙醇,超声波清洗器中振荡至50℃,滴加PTFE振荡至糊状。然后将其均匀涂到泡沫镍集流体上,60℃下枯燥12h。将枯燥好的极片20MPa压力下压片,备用。

 

1.3 模仿电池的安装

 

以所制备的极片做正极,锂片做负极拼装成模仿电池,隔阂选用聚丙烯膜,电解液是1mol/L LiPF6的EC/DEC(体积比1∶1)溶液。一切进程均在充溢氩气的手套箱中进行。

 

1.4 电化学功用测验

 

别离选用CHI660A电化学作业站、LAND电池测验仪对安装好的模仿电池进行循环伏安、沟通阻抗和恒流充放电测验。循环伏安测验电压扫描规模为4.3~2.5V(vs.Li+/Li),扫速1mV/S。沟通阻抗测验频率规模为100000~0.05Hz,沟通幅值为5mV。恒流充放电充放电流为0.1C,充放电停止电压为4.2~2.5V。

 

1.5 红外光谱剖析

 

选用德国Bruker公司出产的QUINOX55型改换红外光谱仪对充放电循环前后的聚苯胺进行红外光谱测验。

 

2 成果与评论

 

2.1 充放电功用剖析

 

图1为掺杂态聚苯胺正极,金属锂为负极拼装电池的初次充放电曲线,初次充电容量70.5mAh/g,放电容量63.3mAh/g,与同类文献比较具有较高的放电容量[4]。电池充放电进程无显着的充放电渠道,这或许是因为组成的聚苯胺为非晶态的聚合物,经过阴离子在其间的掺杂与脱掺杂来完成充电与放电进程,类似于无定形态的具有二维层状结构资料的放电特征[6]。库仑功率为89.7%,阐明阴离子在聚合物中的掺杂与脱掺杂进程中的不行逆容量较小。

 

2.2 循环伏安测验

 

循环伏安测验以金属锂为对电极,电位扫描规模4.3~2.5V(vs.Li+/Li),扫速1mV/S,见图2。由图能够看出,在扫描的电位规模内,3.03V和4.13V邻近呈现一对较宽的氧化复原峰,对应于阴离子在聚苯胺中的掺杂脱掺杂反响。呈现氧化复原峰的电位规模较宽,或许是因为参加充放电进程的阴离子不仅有(在本研讨系统中或许有DBSA-、ClO-4和PF-6 ),各阴离子在聚合物中的掺杂脱掺杂构成的氧化复原峰叠加构成的,这也和充放电曲线中无显着的充电渠道和放电渠道一致。此外从循环伏安曲线中能够看出峰电流值较高,阐明聚苯胺电极具有较高的电化学活性。

 

2.3 循环功用测验

 

图3为聚苯胺正极比容量与循环次数的联系曲线,由图可知,聚苯胺电极的比容量随循环次数的添加呈缓慢下降趋势。经20次循环后,比容量为48.5mAh/g,或许是因为充电停止电压较高聚合物部分分解、阴离子在聚合物中的掺杂脱掺杂进程可逆性下降导致不行逆容量添加等原因构成的,可是经20次充放电循环后,比容量仍为初次放电比容量的76.6%,容量坚持率较高。

 

2.4 沟通阻抗测验

 

聚苯胺电极的沟通阻抗测验是在模仿电池经过5次充放电循环,放电态下放置2h后在平衡电位下测定的,测验频率规模为100000~0.05Hz。由图4可见,谱图由两个半圆弧和一直线构成,高频区的半圆对应于锂离子在电极/溶液界面处经过SEI膜的搬迁进程,中频区的半圆则是由电荷传递进程引起,低频区的直线对应于锂离子在电极中的分散进程,即Warburg阻抗。中频区的半圆半径即电荷传递电阻较小,阐明电荷传递进程比较简略,聚苯胺正极的电化学活性较高。

 

2.5 红外光谱测验

 

为了测验聚苯胺作为锂电池正极资料的安稳性,电极经20次充放电循环、静置2h后从模仿电池中取出,与未经充放电的电极一起进行红外光谱测验。图5为聚苯胺电极20次充放电循环前后的红外光谱图,在1592cm-1、1500cm-1、1395cm-1、1178cm-1、762cm-1、690cm-1邻近均呈现了聚苯胺的特征振荡吸收峰,阐明在多次充放电后,聚合物的结构未遭到损坏,聚苯胺用作锂离子电池的正极资料的安稳性较高。

 

3 结 论

 

聚苯胺作为锂离子电池的正极资料具有较高的放电容量,初次放电容量为63.3mAh/g,20次充放电循环后坚持在48.5mAh/g,容量坚持率较高。循环伏安曲线及沟通阻抗谱标明,聚苯胺具有较好的电极可逆性和较高的电极活性。

 

红外光谱测验标明,聚苯胺电极在20次循环后结构根本坚持不变。

 

参阅文献

 

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电池功用 篇9

20世纪90年代, 有机共混系统中光诱导电荷转移现象的发现及本体异质结结构的树立, 使得有机太阳电池功用得到大幅度进步, 有机共混系统的太阳能电池也因而得到了人们广泛的研讨。在众多有机资猜中, 给体资料P3HT因为具有高的空穴搬迁率 (10-4 to 10-2 cm2/ (V·s) ) 及杰出的环境安稳性而遭到人们的广泛关注, 而PCBM则因为具有较好的电子传输才干及较高的电子亲和势而被以为是优良的受体资料。

 

(一) 有机聚合物太阳能电池作业原理

 

传统的无机半导体太阳能电池的作业原理是光生伏特效应, 而有机聚合物太阳能电池的作业原理则是根据光诱导效应:在多原子分子中, 当两个直接相连的原子的电负性不一起, 共用电子对倾向于电负性较大的原子, 使之带有部分负电荷, 另一原子则带有部分正电荷。在静电引力效果下, 这种影响能沿着分子链诱导传递, 使分子中成键电子云向某一方向偏移。在光照的条件下, 电子云受光子的激发而发生具有正负偶极的激子 (如图1a) , 当电子给体D的最低空轨迹 (LUMO) 能级比电子受体A的LUMO能级高出0.3e V~0.4e V时, 电子便能在能量的驱动下由D相的LUMO转移到A相的LUMO上, 激子在分子界面处有用地别离成自在载流子 (如图1b、c) , 然后各自在给体与受体中传输 (如图1d) , 然后发生光电压及光电流。

 

(二) 本体异质结结构

 

选用给体资料和受体资料共混的办法, 操控工艺条件使复合系统构成具有微相别离的接连互穿网络, 给体和受体之间具有很大的触摸面积, 构成了无数微小的p-n结, 别离树立了杰出的空穴和电子传输通道, 而且满意了传导长度小于激子分散长度的条件。因而, 光生激子的别离功率和搜集功率都大大得到改进。

 

本体异质结首要针对解决光电转化进程中激子别离和载流子传输这两方面的约束。如图2b所示, 本体异质结就把界面的概念扩展到了体相内, 而且接连的有机半导体结构有利于载流子的传输。可是这种结构也存在自身的缺陷便是固态相容性欠好, 简略发生相别离然后损坏器材功用。这种结构中, 光电子的传输与空穴的传输之间的平衡是十分重要的, 有必要树立一个真实的双向通道, 可是簇效应的存在会导致在给体和受体之间呈现真空 (如图2c) , 然后影响电荷的传输。

 

(三) 影响本体异质结有机太阳能电池功用的要素

 

1. P3HT与PCBM的共混比

 

在P3HT:PCBM共混系统中, PCBM掺入到P3HT分子链中, 经过退火处理后, 它们各自聚集, 构成一互穿网络, 近似于无数个纳米级的p-n结, 而PCBM与P3HT的混合份额会直接影响到该互穿网络的结构, 然后影响整个太阳能电池的功用。

 

从表1很简略看出电流密度跟着PCBM含量的添加先增大后减小, 而开路电压则根本不变, PCBM含量为50%时电池功用最好。

 

2. 有机溶剂的沸点

 

给体与受体资料的共混是经过溶解在有机溶剂中来完成的, 在旋涂的进程中, 若有机溶剂的沸点较低, 挥发较快, 则会影响到活性层膜的均匀性以及共混系统的外表描摹, 然后影响到整个电池的功用。

 

用四种不同沸点的溶剂制备而成的太阳能电池表现出了不同的功用, 如图3为不同状况下的J-V曲线 (小图为暗条件下J-V曲线, 大图为光照条件下J-V曲线) , 其间空心圆和实心圆别离代表氯仿和甲苯, 而空心方块和实心方块则别离代表氯苯和对二甲苯。由小图可看出, 用低沸点溶剂 (氯仿和甲苯) 制备的太阳能电池比较于用高沸点溶剂 (氯苯和对二甲苯) 所制备的电池, 其整流特性欠好, 而且在反偏压下漏电流较大, 这阐明其并联电阻很小, 一起也反映出活性层细密度较小, 存在孔洞, 在光照条件下则表现为填充因子和开路电压低。总得来说, 用高沸点溶剂制备的太阳能电池功用要显着高于低沸点溶剂所制备的电池。

 

3. 活性层厚度

 

活性层的效果是吸收太阳光、发生并别离激子, 然后构成光电流。理论上来剖析, 若活性层厚度过小则不能充沛吸收太阳光, 使得光生载流子数削减, 功率下降;若活性层厚度过大, 虽然能更充沛地吸收太阳光而发生更多的激子, 可是却增大了激子的复合几率, 一起也会增大电池的串联电阻而使电流下降。所以, 合适厚度的活性层能使电池功用大大进步。

 

从表2中可看出, 开路电压Voc根本不随活性层厚度的改动而改动, 可是短路电流密度Jsc和填充因子FF则改动较大, 跟着厚度的减小, Jsc的改动规律为先增大后减小, 在厚度为63nm时, Jsc和PCE都到达最大, 这与理论上的剖析是一致的。

 

4. 热退火处理

 

在未经退火处理的P3HT:PCBM共混系统中, PCBM掺入P3HT分子链中, 使得P3HT处于无序状况。只要退火温度到达了聚合物的玻璃化转化温度 (glass transition temperature) , 那么退火处理就能使P3HT由无序的非晶态转化为有序的晶态, 即可使得P3HT和PCBM各自聚集, P3HT排列更加有序, 共轭长度添加。一起也添加了P3HT分子链间的彼此效果, 发生更多的共轭π-π*电子, 也下降了P3HT系统中π-π*间的带隙, 增大了π-π*间的光学跃迁。不同的退火温度和时刻会构成共混系统不同的排列办法, 并构成不同的互穿网络和外表描摹, 然后对电池的功用构成不同的影响。

 

如图4所示为不同温度处理后活性层薄膜的紫外-可见吸收光谱, 由图可知, 与未经过退火处理的薄膜比较, 一切经过退火处理的薄膜的吸收强度都得到了添加, 而且P3HT的吸收峰在70℃至130℃的温度规模内不断的红移, 而且肩峰愈加显着, 当温度到达150℃时, P3HT的吸收峰呈现了大约8nm的蓝移。此外, 在此进程中, PCBM的吸收峰 (大约在335nm处) 和强度始终坚持不变, 可见退火处理会对P3HT的吸收光谱发生影响, 而根本不对PCBM发生影响。

 

别的, 经退火处理后, P3HT由非晶态转化为晶态, 这会大大进步空穴搬迁率, 使电流急剧添加。因而, 咱们能够看出, 退火能使太阳能电池的功用得到极大的进步, 这可由图5所证明。由图可知, 经过退火处理后, 短路电流密度Jsc和FF都显着进步了, 而且经110℃退火处理后, 电池的功用最优。

 

除了温度外, 退火时刻也对退火的效果起着重要的效果。退火时刻若太短, 则P3HT或许未能悉数结晶, 或者结晶质量不佳, 但若是退火时刻太长了, 则多余的能量会损坏现已构成的互穿网络而影响到电池的功用。所以, 退火时刻也应合适才干进步退火对太阳能电池功用的改进程度。研讨标明, 在不同的退火温度下, 10min为最佳的退火时刻, 但超过10min之后, 电池功用也没有显着下降, 有的甚至上升了。

 

(四) 展望

 

跟着现在能源缺少趋势的不断加剧以及人们环保认识的不断增强, 太阳能的运用现已越来越遭到重视。关于进一步进步聚合物太阳能电池的功用能够就以下几方面加以要点考虑:

 

1. 寻找禁带宽度更低的给体资料, 进步其吸收光谱与太阳光光谱的匹配程度;

 

2. 优化相别离共混膜的相态, 操控活性层组分的结晶描摹, 进步载流子的搬迁率, 使载流子能快速有用地被传导, 以利于电极的搜集;

 

3. 选用具有不同吸收波长规模的多结多层结构, 充沛吸收和运用太阳光谱的能量。

 

参阅文献

 

[1]A.Pochettino.Acad.Lincei Rendiconti[J].1906, 15:355363.

 

[2]M.Volmer, Ann.Physik[J].1913, 40:775-796.

 

[3]R.H.Bube.Photoconductivity of Solids[M].New York:Wiley 1960.

 

[4]V.YMerritt.Photovoltaic Phenomena in Organic Solids, Chapter 4 in Electrical Properties of Polymers[M].New York:Academic Press, 1982:127-213.

 

质子交流膜在电池中的功用研讨 篇10

在质子交流膜的多种功用表征实验中, 测定膜拼装的DMFC放电的电压-电流密度曲线是重要的实验之一。经过剖析曲线的特征, 能够得到单电池放电极化丢失 (电压降) , 其间即有膜的归纳功用的表现。

 

2 温度对DMFC功用的影响

 

图1是选用1M CH3OH条件下用磺化度为45%的SPEEK膜 (湿膜厚度为100μm) 拼装的D M F C于不同温度下放电的电压-电流密度曲线。由图1可知随温度升高, 电池功用改进, 其原因首要是温度进步, 膜的质子传导率添加, 相应电池的电阻有所下降, 从开路状况下, 电池电阻丈量成果能够证明这一点。室温下, 电池电阻为57mΩ.cm-2;电池作业温度80℃下, 电池电阻为50mΩ.cm-2。别的, 电池作业温度进步, 也添加了甲醇阳极电化学氧化速度。相应地, 甲醇浸透量下降, 阴极催化剂中毒程度下降, 导致电池功用进步。

 

图2是选用2M CH3OH条件下用磺化度为45%的SPEEK膜 (湿膜厚度为100μm) 拼装的D M F C于不同温度下放电的电压-电流密度曲线。与图1比较, 甲醇浓度添加1倍, 相同温度下DMFC放电功用有所进步。例如在80℃, 1M CH3OH条件下DMFC最高电流密度为340mA.cm-2, 2 M C H3O H条件下D M F C最高电流密度有所进步, 为370mA.cm-2。从膜的阻甲醇浸透才干上来说, 因为SPEEK有较强的阻甲醇浸透才干, 随甲醇浓度的进步, 电池的放电功用进步, 甲醇浸透带来的负面影响不显着。

 

3 甲醇浓度对电池功用的影响

 

为进一步考察甲醇浓度对电池功用的影响, 咱们又丈量了5M CH3OH溶液条件下DMFC的放电状况。因为浓度进步, 电池运转温度最高操控为60℃, 测验的电压一电流密度曲线在图3中, 为显着起见, 图3为不同甲醇浓度对电池功用的影响。由图可知, 若电池在低电流密度下运转, 如电流密度<150mA.cm-2选用1-2 mol.L-1甲醇水溶液作燃料, 电池功用较好。而当选用高电流密度运转时, 如电流密度>2 0 0 m A.cm-2, 则选用>2.0mol.L-1甲醇水溶液作燃料, 电池功用较好。甲醇浓度高时, 电池总的功用得到进步。这与Nafion膜拼装的D M F C功用受甲醇浓度的影响不相同。Nafion膜拼装的DMFC表现出2 mol.L-1甲醇水溶液最好的功用。>2 mol.L-1甲醇水溶液时功用下降, 这首要与甲醇燃料的浸透有关。高浓度时, 甲醇浸透到阴极在反响, 发生的中间物种中毒阴极催化剂, 而且, 毒物占有活性位, 氧复原生成的水分子不易占有活性位, 氧化复原反响不易进行。

 

图4比较了在相同测验条件下, 以Nafion115膜和厚度为160μm的SPEEK膜别离拼装的D M F C电压-电流密度曲线。实验标明后者开路电压为0.710V, 高于以N a f i o n1 1 5膜作电解质拼装的DMFC的开路电压 (0.665 V) , 这首要是因为S P E E K膜的阻醇功用高于Nafion115膜。然而因为该SPEEK膜的磺化度为45%, 在该磺化度下, SPEEK中磺酸基团酸性弱于Nafion115, H+不易在膜内传递;再者SPEEK膜与其两边的催化剂层的压合或许不如Nafion115膜与其两边的催化剂层压合紧密, 也便是膜电极集合体制备工艺不太完善, 导致SPEEK膜拼装的电池放电功用不如Nafion115的放电功用。

 

经过进步SPEEK膜的传递质子才干, 例如掺杂无机质子导体, 以及改进膜电极拼装工艺, 下降质子在膜-电极界面上传递阻力, SPEEK膜拼装的电池放电功用或许会进一步进步。

 

4 完毕语

 

除甲醇外, 乙醇、异丙醇、甲酸等都能够作为燃料运转电池, 而且表现出较优异的放电功用。

 

摘要：质子交流膜是直接甲醇燃料电池 (DMFC) 的要害资料之一, 它起着分隔阴、阳极室和传导质子的两层效果。本文要点剖析了了甲醇浓度、温度等对电池功用的影响并与Nafion115膜拼装的DMFC功用进行了比较。